Entrópiamérleg Carnot-körfolyamaton át

1 · Jóslás

Egy Carnot-gép az egyik szakaszán a forró, a másikon a hideg hőtartállyal cserél hőt. A forró hőtartály entrópiavesztesége pontosan kioltja-e a hideg hőtartály entróbianyarát?

• A hőtartályok entrópiaváltozásai nem oltják ki egymást; nem nulla nettó entrópiaváltozás van összességében.
• Igen — reverzibilis (Carnot) körfolyamatnál a két hőtartály entrópiaváltozásai pontosan kioltják egymást, nulla nettó entrópiatermeléssel.
• A hőtartályok entrópiaváltozásai nem kapcsolódnak a gázzal cserélt hőhöz.

2 · Előkészítés

1. Nyisd meg az entropy-carnot előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. Ugyanaz a 4 szakaszos Carnot-körfolyamat fut, mint a carnot-cycle-nál, 600 K és 300 K hőtartályok között.
2. Engedélyezd a szakaszonkénti hő-kijelzőt.
3. A körfolyamat minden szakaszánál (1-től 4-ig) olvasd le a cserélt hőt, és számítsd ki a szakasz Q_leg/T_leg entrópia-hozzájárulását.

3 · Adatgyűjtés

Sumázd a 4 szakasz entrópia-hozzájárulásait. Ábrázold minden szakasz hozzájárulását oszlopdiagramon, a 2. és 4. szakasszal (adiabatikus, Q = 0) nullát mutatva.

4 · Elemzés

1. Erősítsd meg, hogy a 2. és 4. szakasz (adiabatikus) nulla entrópiát ad, mert ezeknél definíció szerint Q = 0. Sumázd az 1. (Th = 600 K-nál) és 3. (Tc = 300 K-nál) szakaszok nullától eltérő hozzájárulásait.
2. Az 1. szakaszon a gáz által felvett hő a forró hőtartály által kibocsátott hővé válik; a 3. szakaszon a gáz által kibocsátott hő a hideg hőtartály által felvett hővé. Magyarázd meg, miért ad nullát a hőtartályok együttes entrópiaváltozása a teljes körfolyamaton.

5 · Kiterjesztés

1. Egy valódi gépnek van súrlódása és véges sebességű hőátvitele, mindkettő visszafordíthatatlan. Magyarázd meg, miért NEM oltanák ki pontosan egy valódi körfolyamat hőtartály-entrópiaváltozásai, hanem pozitív nettó entrópiatermelést adnának — és miért követeli meg a második főtétel, hogy ez a nettó termelés ≥ 0 legyen.
2. A Carnot-körfolyamat nulla nettó entrópiatermelése miatt hívják „reverzibilisnek” — minden szakaszt visszafelé futtathatnál, és mindent visszacsinálhatnál, a hőtartályok állapotát is beleértve. Magyarázd meg, miért nem lehet így visszacsinálni egy pozitív nettó entrópiatermelésű folyamatot (mint a súrlódás).

A fizika a kísérlet mögött

← Vissza a kísérlethez

138 ingyenes nyomtatható fizikai munkalap